基于非线性参数整定PI控制算法的激光淬火温度控制研究

发布时间：2021-07-10 07:56

　　为了解决恒功率激光淬火过程中材料基体预热时间长、材料表面温度不稳定、容易发生边界熔化等问题,设计基于非线性参数整定方法的PI控制器。首先使用了一阶惯性系统来描述激光淬火的温度模型,接着通过阶跃响应法来辨识温度系统的模型参数,然后提出了非线性参数整定的PI控制算法。结果表明,这种控制方法能够在控制过程中实时调节PI参数,并且能够准确控制激光作用区域的温度。同时,与传统PI控制相比,通过这种控制方法可以得到相对更好的快速性以及更小的超调量。此外,该控制系统还具有一定的鲁棒性,对于参数不断变化的非线性温度系统也能取得较好的控制效果。 

【文章来源】：应用激光. 2020,40(01)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

激光强化系统对阶跃输入的温度响应

使用六面八节点的SOLID70单元网格模型,实验所用材料为钢轨钢U71Mn。根据参考文献[8],设定该材料的热物性参数。单元尺寸取0.2 mm,通过APDL命令流循环加载实现移动载荷的加载,载荷时间步长为0.02 s。加载区域为5 mm×20 mm的矩形区域。材料初始温度为20 ℃,表面对流换热系数为10 W/(m2·K)。进行75次循环求解,求解得到的温度场云图如图2所示。根据表1的结果调整有限元模型的参数,使得不同工艺条件下有限元模型的温度场计算结果符合实际模型的测量温度。记录下所有载荷步中光斑区域内所有节点的平均温度,得到温度时间图像,如图3所示。

根据表1的结果调整有限元模型的参数,使得不同工艺条件下有限元模型的温度场计算结果符合实际模型的测量温度。记录下所有载荷步中光斑区域内所有节点的平均温度,得到温度时间图像,如图3所示。通过分析有限元仿真结果可知,激光强化系统模型没有滞后环节。在有限元模型阶跃响应的结果中选取模型达到稳定温度98.2%所需的时间,记为4倍的时间常数4T。与确定K(y)的方法相同,多次实验并记录不同温度状态下对应的时间常数T,如表2所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊控制的激光淬火控制算法研究[J]. 尚军,李敏娟,徐宏伟.  应用激光. 2015(01)
[2]激光熔覆加工中加工温度自适应控制研究[J]. 沈治.  机床与液压. 2011(22)
[3]U71Mn重轨淬火温度场及其影响因素研究[J]. 李公法,屈海端,杨金堂,尹强,龙华,张小亮.  现代制造工程. 2010(11)
[4]基于数据库和二维传热数值分析模型的激光表面强化专家系统[J]. 熊波,姚建华.  机电工程. 2003(03)
[5]位置伺服系统的一类非线性PID调节器设计[J]. 肖永利,张琛.  电气自动化. 2000(01)

硕士论文
[1]基于温度控制的半导体直接输出激光相变硬化研究[D]. 徐元飞.浙江工业大学 2015



本文编号：3275516